Volt
Odvozená jednotka SI · veličina: elektrické napětí
01 · Definice
Volta naskládal zinek, měď a mokrou lepenku — a získal první zdroj stejnosměrného proudu. Před ním se elektřina uměla jen shromažďovat a vybíjet jiskrou.
Jeden volt je napětí, při němž proud jednoho ampéru přenáší výkon jednoho wattu. Jinými slovy: každý coulomb náboje, který takovým úsekem projde, odevzdá jeden joule práce. Napětí není vlastnost místa, nýbrž rozdíl mezi dvěma body: „potenciál vodiče“ nic neznamená, dokud není jmenován druhý bod, a proto má každé schéma společnou zem. Zásuvka dává 230 V, tužková baterie 1,5 V, neuron v mozku pracuje na desítkách milivoltů a přenosové vedení drží 750 kV. Pták sedí na vedení o stovkách kilovoltů nezraněn právě proto, že obě jeho nohy jsou na stejném potenciálu. Z toho také plyne, že nebezpečnost elektřiny se neměří ve voltech: zabíjí proud tělem a volty jen rozhodují, zda poteče odporem kůže. Suchá dlaň dává asi sto kiloohmů, mokrá tisíc, a totéž napětí se ukáže jednou jako neškodné, podruhé jako smrtelné.
Prvním zdrojem stejnosměrného proudu byl sloupek ze střídajících se zinkových a měděných koleček, proložených suknem namočeným v solance. Každá dvojice dávala asi desetinu voltu a Volta jich skládal desítky, dokud výboj nezačal být cítit v prstech. Tentýž princip platí dodnes: v akumulátoru ze tří lithiových článků se napětí sčítají, protože články jsou zapojeny do série. Právě tento pokus vyvrátil galvanickou teorii „živočišné elektřiny“: proud šel z různorodých kovů a žabí nožka byla jen citlivým přístrojem.
02 · Převod
Zadejte napětí — list jej rozloží do všech jednotek
Předpony pokrývají celý rozsah, od nanovoltových signálů termočlánku po megavolty přenosových vedení. Elektronvolt v tabulce není napětí, nýbrž energie, kterou elektron získá průchodem daným rozdílem potenciálů.
Napětí v zásuvce je střídavé a číslo 230 znamená efektivní hodnotu — takové stejnosměrné napětí, které by na témž odporu uvolnilo tentýž výkon. Amplituda sinusovky je odmocnina ze dvou krát větší a dosahuje 325 voltů, rozkmit mezi vrcholy pak 650. Izolace se dimenzuje právě na amplitudu, a proto levný přístroj sestavený „na 230“ prorazí hned v první periodě.
| Jednotka | Název | Hodnota | Kde se vyskytuje |
|---|---|---|---|
| V | volt, jednotka SI | 230 | výchozí jednotka tohoto listu |
| mV | milivolt | 230000 | medicína, měřicí technika |
| µV | mikrovolt | 2,3·10⁸ | mez citlivosti přístrojů |
| kV | kilovolt | 0,23 | vysokonapěťová technika |
| MV | megavolt | 2,3·10⁻⁴ | fyzika vysokých energií |
| eV na náboj | energie elektronu, eV | 230 | číselně rovna napětí |
| statV | volt soustavy CGS-ES | 0,7672 | činitel je desetina rychlosti světla |
| abV | abvolt soustavy CGS-EM | 2,3·10¹⁰ | nejmenší z historických jednotek |
| V (int.) | mezinárodní volt z roku 1908 | 229,92 | určoval se rtuťovým sloupcem a vylučováním stříbra |
| V₉₀ | praktický volt z roku 1990 | 230 | lišil se o čtyři desetimiliontiny |
| Westonův článek | v jednotkách normálového článku | 225,79 | kadmium-rtuťový článek v termostatu |
| V | volt | 230 | výchozí jednotka tohoto listu |
Předpony jdou od nano- po mega-: rozsah napětí, s nimiž technika pracuje, zabírá patnáct řádů. Řádek s elektronvoltem připomíná, že energie elektronu je číselně rovna napětí, které prošel.
03 · Řády veličin
od nanovoltu po bouřkový výbojZásuvka v Evropě: 230 voltů
04 · Měřicí přístroje
Čím se měří napětí
Připojuje se paralelně k úseku a musí mít co největší odpor, aby neodebíral proud. U ručkových přístrojů je řádu desítek kiloohmů, u digitálních deset megaohmů a výše; v obvodech s vysokým odporem i to měření znatelně zkresluje.
Měřené napětí se vyvažuje částí napětí normálového článku a chytá se okamžik, kdy galvanometr ukazuje nulu. V tom okamžiku přístroj neodebírá proud vůbec, a proto metoda dává skutečné elektromotorické napětí zdroje, nikoli napětí pod zátěží.
Dva odpory dělí napětí ve známém poměru, takže kilovolty lze měřit přístrojem na několik voltů. Na vysokonapěťových vedeních tutéž roli plní měřicí transformátor napětí, který galvanicky odděluje měřicí obvod od silového.
Supravodivý kontakt ozařovaný mikrovlnami vydává napětí přesně úměrné frekvenci: Josephsonova konstanta převádí hertze na volty. Matice z tisíců přechodů dává deset voltů s opakovatelností v miliardtinách — a to je dnešní etalon.
05 · Pravidla zápisu
Značka V je latinská — ruské „В“ tu neposlouží
Ruské „В“ a latinské V vypadají jinak, ale znamenají totéž; v mezinárodních dokumentech je přípustné jen V. Název jednotky se píše malým písmenem — „dvě stě třicet voltů“ — a značka velkým. Milivolt je mV, kdežto MV je megavolt: rozdíl miliardkrát. Ve střídavém proudu je 230 V efektivní hodnota; amplituda sinusovky je vyšší √2krát, tedy 325 V. Izolace se dimenzuje na amplitudu.
Značka veličiny je kurzivní U nebo V, jednotky stojaté V: ve vzorci U = 230 V nesou rozdíl kurziva a stojaté písmo. Ruská značka je В. Předpona kilo- se píše malým k: kV, nikoli KV. Milivolt a mikrovolt se skládají s obvyklými předponami, kdežto „voltampér“ je už jiná jednotka — zdánlivý výkon — a s napětím nemá nic společného. Elektronvolt se píše dohromady, eV: to je jednotka energie.
06 · Sousední jednotky
Volt stojí uprostřed Ohmova zákona: proud, napětí a odpor spolu souvisejí tak, že kterékoli dvě veličiny určují třetí.
Z listů Simetria k voltu přiléhají ampér a ohm z Ohmova zákona, watt jako jejich součin, coulomb s farad z definice kapacity a elektronvolt — energie pojmenovaná po této jednotce.
07 · Historický oddíl
Od žabí nožky ke kvantovému schodu
Alessandro Volta se přel s Galvanim o povahu „živočišné elektřiny“ a aby dokázal, že má pravdu, sestavil zdroj zcela bez biologie. Sloup z různorodých kovů dával nepřetržitý proud — první v dějinách.
Mezinárodní kongres elektrotechniků definoval volt pomocí ampéru a ohmu a pojmenoval jednotku po Voltovi. Praktické provedení zůstalo na chemickém článku, jehož přesnost zdaleka nestačila tomu, co telegrafie žádala.
Westonův kadmium-rtuťový článek držel napětí s přesností na mikrovolty a stal se etalonem na devadesát let. Chovali jej v termostatu, nedovolili mu odebírat proud a převáželi jej opatrně jako křehký přístroj.
Brian Josephson, dvaadvacetiletý doktorand, předpověděl napěťové schody na supravodivém kontaktu. Od roku 1990 se volt realizuje právě tak a chemické články odešly do muzeí metrologie.
Volt, který se s voltem neshoduje
Od roku 1990 do roku 2019 žila metrologie se dvěma volty naráz. Definice v Mezinárodní soustavě zůstávala stará, pomocí wattu a ampéru, ale jednotka se realizovala Josephsonovým jevem s dohodnutou hodnotou konstanty — a tuto praktickou jednotku značili V₉₀. Rozdíl mezi ní a voltem SI se odhadoval na desetiny mikrovoltu na volt: veličina pro techniku nicotná a pro porovnávání etalonů zásadní. Předefinování z roku 2019 rozkol odstranilo: náboj elektronu a Planckova konstanta se staly přesnými čísly, s nimi i Josephsonova konstanta, a praktická stupnice splynula s definicí. Zároveň bylo třeba třiceti letům měření nashromážděných ve V₉₀ dodatečně přidat opravu — vzácný případ, kdy se výsledky minulých let přepočítávají kvůli změně definice jednotky.
Katalog · měřicí jednotky
List pro každou veličinu
Sedm základních jednotek SI, dvaadvacet odvozených s vlastními názvy a jednotky mimo soustavu, bez nichž se neobejde technika ani běžný život. Každá má svůj list: definice, převod, přístroje, pravidla zápisu. V 23 jazycích.
Odvozené jednotky SI s vlastním názvem
otevřen list voltuZákladní jednotky SI
terakotou — čtyři jednotky, z nichž se volt skládáNapětí v jiných soustavách
Jazyk listu
23 jazyků. Značka V je mezinárodní, ale napětí v zásuvce nikoli: 230 voltů v Evropě, 120 v Severní Americe, 100 v Japonsku — list doplní místní hodnotu.